GPS技術(shù)與數(shù)據(jù)處理在水利水電工程變形監(jiān)測中的應(yīng)用

□魏　波（新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局）

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GPS技術(shù)與數(shù)據(jù)處理在水利水電工程變形監(jiān)測中的應(yīng)用

□魏波（新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局）

摘要：測量工作是水利水電工程建設(shè)中重要的組成部分，目前隨著人們對水利水電工程測量要求的不斷提高，致使傳統(tǒng)測量方法日漸顯現(xiàn)出難以滿足當下水利水電工程發(fā)展的需求，因此需要不斷提升目前水利水電工程中的測量技術(shù)水平。GPS（全球定位系統(tǒng)）具有全天候、速度快以及精準度高等優(yōu)點，日漸表現(xiàn)出在水利水電工程測量工作中的重要作用，并且仍在日益完善。文章主要對GPS技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法在水利水電工程變形監(jiān)測中的相關(guān)技術(shù)、優(yōu)點、實際應(yīng)用等進行研究，以期為相關(guān)工作提供有效參考。

關(guān)鍵詞：水利水電工程；GPS技術(shù)；數(shù)據(jù)處理；測量

0前言

水利水電工程是我國重要的基礎(chǔ)建設(shè)之一，加強水利水電工程建設(shè)，能夠使其在灌溉、防洪、發(fā)電等方面發(fā)揮重要作用。其中勘察測量工作是水利水電工程中重要的一環(huán)，只有測量出準確數(shù)據(jù)，才能夠使工程建設(shè)順利開展。而測繪工作的精準度，會對工程后續(xù)作業(yè)質(zhì)量產(chǎn)生嚴重影響，因此必須加強測量工作的準確度，盡可能降低測量值與實際值的誤差，從而確保工程設(shè)計水平和工程施工質(zhì)量。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS技術(shù)的出現(xiàn)為水利水電工程測量工作提供了極大便利，并且彌補了傳統(tǒng)測量技術(shù)的不足。文章主要從以下幾個方面對GPS技術(shù)與數(shù)據(jù)處理在水利水電工程變形監(jiān)測中的應(yīng)用進行分析。

1GPS技術(shù)概述

GPS技術(shù)即為全球定位系統(tǒng)，其最早出現(xiàn)于20世紀60年代，最初作用為美國軍方用于獲取軍事情報的手段，隨著其作用的不斷擴展，使其逐漸在其他領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。該系統(tǒng)主要由用戶設(shè)備、地面控制以及空間部分組成，其中用戶設(shè)備主要是通過GPS信號接收器對衛(wèi)星進行跟蹤，并對其進行分析處理，從而獲得追蹤位置的三維坐標；而地面控制則主要是對從衛(wèi)星傳送回來的信息進行接收與處理，可分為天線、監(jiān)測站、主控制站等；空間部分則主要通過24顆衛(wèi)星對地球表面進行全方位觀測。在GPS系統(tǒng)中主要有授時、測量和導(dǎo)航三大功能，其具有諸多突出優(yōu)勢，如能夠全天候作業(yè)；可得出三維坐標；適用領(lǐng)域和范圍廣泛；操作方法簡單便捷；定位具有較高定位準確度；減少觀測時間；各站間無需通視，不受地域限制；除此以外，GPS技術(shù)還可對時間、速度進行檢測，具有較高的自動化程度。隨著科學技術(shù)的日漸進步和完善，GPS技術(shù)將日益向智能化發(fā)展，使其工藝更加簡單便捷，測量精準度不斷提高。

2 GPS水利水電工程變形監(jiān)測

變形監(jiān)測主要是對不同觀測周期之間變形敏感部位和觀測點的變形信息進行監(jiān)測的工作，當變形在合理范圍內(nèi)時，屬于正?，F(xiàn)象，而當變形超出了合理范圍，則屬于異?，F(xiàn)象，會對建筑物安全造成嚴重威脅，從而使建筑物正常使用受到影響，給人們?nèi)粘Ｉ钤斐捎绊憽Ｗ冃斡^測通常要求其精確度達到亞毫米至毫米之間，常規(guī)監(jiān)測技術(shù)主要以水準測量方式實行沉降監(jiān)測，期間需根據(jù)水利水電工程允許變形值的大小和目的，使用三角測量法對地基整體的傾斜和位移進行監(jiān)測。而對點的變形值主要使用測距儀、經(jīng)緯儀、水準儀、全站儀等常規(guī)測量儀器進行測定，其具有適用于各種環(huán)境、各種監(jiān)測精確度要求、各種形式變形體，能夠得出絕對變形信息和變形形態(tài)的優(yōu)點；但與此同時，上述儀器還具有布點局限于地形條件、外業(yè)工作繁重、觀測時間較長、無法實現(xiàn)全自動化監(jiān)測的缺點。而在GPS出現(xiàn)并應(yīng)用于水利水電工程變形監(jiān)測后，其可實現(xiàn)全自動化采集、變性分析和處理數(shù)據(jù)的目的。

3 GPS相對定位技術(shù)分析

GPS在測量作業(yè)中主要使用相對定位技術(shù)，該技術(shù)主要利用兩臺GPS接收器來對同一顆GPS衛(wèi)星進行同步觀測，將其分別在基線的兩端進行安裝，以確定基線端點和向量的相對位置?；诨居^測基礎(chǔ)上進行基線解算，首先建立觀測量和基線向量的關(guān)系，之后通過最小二乘解算出其精確度和基線向量。在GPS觀測過程中，由于衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星軌道誤差、大氣折射誤差、電離層誤差以及接收器鐘差等因素，在進行同步觀測時，這些誤差之間可能會存在不同程度的相關(guān)性，如流層和鐘差等，因此為避免誤差造成的影響，需對基本測量數(shù)據(jù)進行觀測量頻率不同的差分處理或線性組合。

4 GPS技術(shù)的優(yōu)點

4.1定位高度精準

當下的GPS在測量基線作業(yè)中的精確度已得到不斷提升，其中GPS的高程精確度已達到毫米級，靜態(tài)定位精確度達到了亞毫米級；而其動態(tài)定位精確度也上升到了厘米級，極大滿足了不同工程的測量標準要求，整體精準度提升了一個層次。例如，在大型構(gòu)建物和各種工程的變形監(jiān)測中，通過對模型進行數(shù)據(jù)處理和特殊的觀測、星歷措施后，其高程精確度可維持在1 mm左右，平面精確度也可實現(xiàn)亞毫米級。

4.2觀測時間縮短

隨著技術(shù)水平的不斷提升以及系統(tǒng)的日漸完善，使得變形監(jiān)測時間結(jié)構(gòu)也得到有效改善，極大地縮短了監(jiān)測時間。在開展靜態(tài)相對定位模式過程中，在進行20 km內(nèi)基線觀測時，觀測時間在雙頻接收器處理后，只需20 min即可完成；而在開展快速靜態(tài)定位模式過程中，當各個流動站與基準站僅距離15 km，其觀測時間最長只需2 min，最短僅需1 min。

4.3各測量站無需通視

在傳統(tǒng)測量作業(yè)中，對通視具有較高要求，需進行大規(guī)模規(guī)標構(gòu)建后，才實施測量作業(yè)，這給測量作業(yè)具體實施造成了極大局限。GPS的出現(xiàn)和應(yīng)用，突破了這一局限性，無需進行各測量站之間的通視以及大規(guī)模構(gòu)建規(guī)標，只需確保測量站空間開闊，即可與衛(wèi)星進行通視。

5 GPS在水利水電工程變形監(jiān)測中的準備措施

在以往的GPS定位技術(shù)中，其定位精準度主要以厘米級或毫米級為主，隨著GPS定位技術(shù)在水利水電工程變形監(jiān)測中的廣泛應(yīng)用和不斷完善，其對于數(shù)據(jù)的采集、處理、分析和傳送等均不斷簡化和自動化，但其中定位的精確度和可靠性仍是人們關(guān)注的主要問題。因此，為減少定位誤差和提高定位精準度，應(yīng)開展如下準備措施：使用恰當方法對測量噪聲造成的影響進行消除，如卡爾曼濾波、小波變換等方法；對觀測時間與觀測方案進行有效控制，以減少具有干擾性的衛(wèi)星圖形強度影響至定位準確度；使用可靠性較高的全球地心坐標，以確保基線結(jié)算的精確度；使用良好的扼流圈天線和布設(shè)有效的監(jiān)測點，以減少對多路徑效應(yīng)造成的影響；使用精準度較高的基線解算軟件，以確保整周模糊度計算的精確度；使用精密度較高的星歷，以減少衛(wèi)星星歷誤差造成的影響。

6 GPS技術(shù)和數(shù)據(jù)處理在水利水電工程變形監(jiān)測中的具體應(yīng)用

在水利水電工程竣工后或施工過程中，可能會出現(xiàn)沉降、滑移以及變形等現(xiàn)象，因此需對造成這些現(xiàn)象的原因進行研究分析，并進行實時測量，當發(fā)現(xiàn)地基、堤壩等部位出現(xiàn)缺陷、裂縫等現(xiàn)象時，則應(yīng)及時予以解決。GPS技術(shù)是當下解決這些問題的主要手段，在變形部位選擇測定點，并進行定位機安裝，同時在大壩周圍相應(yīng)部位選擇若干基準點，并進行定位機安裝，從而可使數(shù)據(jù)處理中心從測定點獲取實時信號，通過計算后可得出有效的數(shù)據(jù)。在進行水下地形觀測時，可將GPS接收器放置于兩個選定好的測點，在信號獲取后傳送回數(shù)據(jù)處理中心，經(jīng)過計算可得出水下水流速度、深度等有效參數(shù)，從而繪制出準確度較高的水下地形圖。

7結(jié)語

總而言之，水利水電工程是我國基礎(chǔ)建設(shè)中的重要組成部分，其對社會發(fā)展以及經(jīng)濟發(fā)展均起到至關(guān)重要的作用。而GPS技術(shù)與數(shù)據(jù)處理在水利水電工程變形監(jiān)測作業(yè)中日漸發(fā)揮其重要作用，因此相關(guān)部門應(yīng)加強GPS技術(shù)與數(shù)據(jù)處理的研究與應(yīng)用，從而不斷提升我國水利水電工程變形監(jiān)測的技術(shù)水平和效率。

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（責任編輯：左英勇）

中圖分類號：P228.4

文獻標識碼：A

文章編號：1673-8853（2016）05-0068-02

作者簡介：魏波（1979-），男，工程師，研究方向：水利工程安全監(jiān)測。

收稿日期：2016-02-17